2016-2017学年高中物理第3章交变电流第2节交变电流是怎样产生的学业分层测评鲁科版选修.docx

交变电流是怎样产生的(建议用时：45分钟)学业达标1如图3210(a)所示为演示交变电流产生的装置图，关于这个实验，正确的说法是()图3210(a)A线圈每转动一周，指针左右摆动两次B图示位置为中性面，线圈中无感应电流C图示位置ab边的感应电流方向为abD线圈平面与磁场方向平行时，磁通量变化率为零【解析】线圈在磁场中匀速转动时，在电路中产生做周期性变化的交变电流，线圈经过中性面时电流改变方向，线圈每转动一周，有两次通过中性面，电流方向改变两次，指针左右摆动一次，故A错线圈处于图示位置时，线圈与中性面垂直，感应电流最大，ab边向右运动，由右手定则得，ab边的感应电流方向为ab，故B错、C对线圈平面与磁感线平行时，磁通量的变化率最大故D错【答案】C2(多选)(2016唐山检测)一矩形线圈绕垂直于匀强磁场方向、并位于线圈平面内的固定轴转动，线圈中的感应电动势e随时间t的变化情况如图3210所示，则()图3210At1时刻穿过线圈的磁通量为零Bt2时刻穿过线圈的磁通量为零Ct3时刻穿过线圈的磁通量变化率为零Dt4时刻穿过线圈的磁通量变化率为零【解析】t1时刻穿过线圈的磁通量为零，感应电动势最大；t2时刻穿过线圈的磁通量最大，感应电动势为零；t3时刻穿过线圈的磁通量变化率最大，感应电动势最大；t4时刻穿过线圈的磁通量变化率为零，感应电动势为零，选项A、D正确【答案】AD3(多选)线圈在匀强磁场中转动产生感应电动势e10sin 20t V，则下列说法正确的是()At0时，线圈平面位于中性面Bt0时，穿过线圈的磁通量最大Ct0时，导线切割磁感线的有效速率最大Dt0.4 s时，e有最大值10 V【解析】由电动势的瞬时值表达式知，计时是从线圈位于中性面时开始的，所以t0时，线圈平面位于中性面，磁通量为最大，但此时导线速度方向与磁感线平行，切割磁感线的有效速率为零，故A、B正确，C错误当t0.4 s时，e10sin 20t10sin(200.4)V0，D错误【答案】AB4.矩形线圈在匀强磁场中匀速旋转时，如图3211所示，产生的感应电动势最大值为50 V，那么该线圈由图所示位置转过30时，线圈中的感应电动势大小为()图3211A50 VB25VC25 VD10 V【解析】由题意可知：线圈从题图所示位置开始转动，产生的瞬时感应电动势表示为eEm cos t，转过30时，eEm cos 3050V25V，故B正确【答案】B5某交流发电机给灯泡供电，产生正弦式交变电流的图象如图3212所示，下列说法中正确的是() 【导学号：78870056】图3212A交变电流的频率为0.02 HzB交变电流的瞬时值表达式为i5 cos(50t) AC在t0.01 s时，穿过交流发电机线圈的磁通量为零D1 s末线圈平面与磁感线垂直，感应电流最大【解析】从题图中可得该交变电流的周期为0.02 s，频率为50 Hz.交变电流的瞬时值表达式为i5 cos(100t)A.在t0.01 s时，感应电流最大，穿过交流发电机线圈的磁通量为零.1 s末线圈平面与磁感线平行，感应电流最大故正确选项为C.【答案】C6欲增大交流发电机的感应电动势而不改变频率，下面措施中不能采用的是()A增大转速B增大磁感应强度C增加线圈匝数D增大线圈的包围面积【解析】设线圈匝数为N，磁感应强度为B，线圈围成的面积为S，角速度为，转速为n(转/秒)，由EmNBSNBS2n，又由频率f/2n，可知B、C、D项只改变Em大小，没改变频率，而A项改变了频率，故选A.【答案】A7(2016青岛模拟)如图3213所示的电路中，A是熔断电流I02 A的保险丝，R是可变电阻，交流电源的内电阻不计，其电动势随时间变化的规律是e220sin 314t(V)为了不使保险丝熔断，可变电阻的阻值应该大于() 【导学号：78870057】图3213A110 B110 C220 D220 【解析】该交变电流电动势的有效值为UV220 V，故可变电阻的最小阻值Rmin 110 .【答案】B8如图3214所示，一半径为r10 cm的圆形线圈共100匝，在磁感应强度BT的匀强磁场中，绕垂直于磁场方向的中心轴线OO以n600 r/min的转速匀速转动，当线圈转至中性面位置时开始计时图3214(1)写出线圈内所产生的交变电动势的瞬时值表达式；(2)求线圈从图示位置经s时的电动势的瞬时值【解析】(1)当线圈从中性面开始计时时，产生的感应电动势的瞬时值为eEm sin t其中210 rad/s20 rad/s峰值EmNBS1000.1220V100 V所以e100sin 20t(V)(2)当ts时，由e100 sin 20t(V)得：e100 sin(20)V50V.【答案】(1)e100 sin 20t(V)(2)50V能力提升9(多选)(2016宝鸡质检)如图3215所示，图线a是线圈在匀强磁场中匀速转动时所产生的正弦式交流电的图象，当调整线圈转速后，所产生的正弦式交流电的图象如图线b所示，以下关于这两个正弦式交流电的说法正确的是() 【导学号：78870058】图3215A在图中t0时刻穿过线圈的磁通量均为零B线圈先后两次转速之比为32C交流电a的电动势瞬时值表达式为e10 sin 5t(V)D交流电b的电动势最大值为5 V【解析】t0时刻电压为零，穿过线圈的磁通量最大，磁通量的变化率为零，A项错由图可知先后两次周期之比为23，由转速n得nanb32，故B项正确由图可知交流电a的电动势最大值为10 V，5s1，由交流电的电动势瞬时值表达式eEm sin t(V)(从中性面开始计时)得，e10 sin 5t(V)，故C项正确交流电的电动势最大值EmnBS，角速度2n，由两次转速的比值可得，交流电b的电动势最大值为10 VV，故D项错【答案】BC10(多选)如图3216所示，在匀强磁场中匀速转动的矩形线圈的周期为T，转轴O1O2垂直于磁场方向，线圈电阻为2 .从线圈平面与磁场方向平行时开始计时，线圈转过60时的感应电流为1 A那么() 【导学号：78870059】图3216A线圈消耗的电功率为4 WB线圈中感应电流的有效值为2 AC任意时刻线圈中的感应电动势为e4cos tD任意时刻穿过线圈的磁通量为sin t【解析】线圈转动角速度，线圈平面从与磁场方向平行开始计时，当转过60时，电流的瞬时值表达式为iImcos 601 AIm2 A，正弦交变电流有效值I A，B项错；线圈消耗的功率PI2R4 W，A项正确；由欧姆定律可知，感应电动势最大值EmImR4 V所以瞬时值表达式为e4cost，C项正确；通过线圈的磁通量msin tmsint，而EmBSm，故m，代入上式得sintsint，D错【答案】AC11如图3217所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈的长度为a，宽度为b，共有n匝，总电阻为r，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R的定值电阻，线圈以角速度在磁感应强度为B的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OO匀速转动，沿转轴OO方向看去，线圈转动沿逆时针方向，t0时刻线圈平面与磁感线垂直图3217(1)表示出线圈经过图示位置时，通过电阻R的感应电流的方向(2)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式(3)求线圈从t0位置开始到转过90的过程中的平均电动势(4)求线圈从t0位置开始到转过60时的瞬时电流【解析】(1)根据右手定则或楞次定律判断可知，线圈中电流方向是badcb.故流过R的电流是自下而上 .(2)从中性面开始计时，感应电动势随时间按正弦规律变化，且最大感应电动势EmnBab，所以感应电动势的瞬时值表达式为enBabsin t.(3)Enn.(4)i.【答案】(1)自下而上(2)nBabsin t(3)(4)12如图3218所示，一个电阻为R的金属圆环放在磁场中，磁场与圆环所在的平面垂直，穿过圆环的磁通量随时间变化的图象如图所示，图中的最大磁通量0和变化的周期T都是已知量求： 【导学号：78870060】图3218(1)在一个周期T内金属环中产生的热量(2)交变电流的有效值(3)在一个周期T内通过金属环某一横截面的电荷量【解析】(1)0T/4时间内，感应电动势为：E1，